崔龍飛

（南陽(yáng)通途公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，河南南陽(yáng)473000）

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)高速公路的不斷發(fā)展， 其安全問(wèn)題越來(lái)越突出。 導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)事故的因素之一是線(xiàn)形設(shè)計(jì)不合理。高速公路的線(xiàn)形是高速公路設(shè)計(jì)時(shí)的骨架，對(duì)其整體走向和形態(tài)都有重要影響[1]。 線(xiàn)形設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理對(duì)高速公路的建設(shè)質(zhì)量有重要影響， 其不僅對(duì)高速公路服務(wù)質(zhì)量有影響，也對(duì)行車(chē)安全有重要影響。 因此，針對(duì)高速公路線(xiàn)形開(kāi)展進(jìn)一步的研究，對(duì)降低高速公路事故率，提高高速公路安全性有重要意義。

2 高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)基本理論

2.1 基本概念

線(xiàn)形設(shè)計(jì)是高速公路設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一，涉及平曲線(xiàn)、豎曲線(xiàn)、橫斷面等多個(gè)方面，具體包括直線(xiàn)段、曲線(xiàn)段、彎道、坡道等要素，以及它們之間的組合和過(guò)渡方式。 線(xiàn)形設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是保證車(chē)輛行駛安全、舒適度和通行效率[2]。

2.2 基本原則

線(xiàn)形設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一系列基本原則， 以確保設(shè)計(jì)的合理性和有效性，主要有以下幾方面內(nèi)容。

1）安全性原則：安全是高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮駕駛者的視覺(jué)和心理特點(diǎn)，通過(guò)合理設(shè)置平曲線(xiàn)、豎曲線(xiàn)和橫斷面，提供清晰的方向指引，避免急轉(zhuǎn)彎、陡坡等危險(xiǎn)路段的出現(xiàn)。 同時(shí)，應(yīng)注重與交通工程、交通安全設(shè)施的配合，以提高道路的安全性能。

2）舒適性原則：高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮駕駛的舒適性。 在設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重線(xiàn)形的連續(xù)性和協(xié)調(diào)性，減少不必要的起伏和振動(dòng)，降低車(chē)輛的能耗和磨損，提高行駛的舒適度。同時(shí)，應(yīng)注重景觀設(shè)計(jì)和環(huán)保要求，減少道路對(duì)環(huán)境的破壞和污染。

3）連續(xù)性原則：線(xiàn)形的連續(xù)性是保證車(chē)輛順暢行駛的重要因素。 在高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)中，應(yīng)保持線(xiàn)形的連續(xù)性和一致性，避免線(xiàn)形突變和斷點(diǎn)的出現(xiàn)。 同時(shí)，應(yīng)注重與周?chē)h(huán)境的協(xié)調(diào)，使道路與地形、地物相融合，提高行駛的流暢性和連續(xù)性。

4）經(jīng)濟(jì)性原則：經(jīng)濟(jì)性是高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)的重要考慮因素之一。 在滿(mǎn)足安全、舒適和通行效率的前提下，應(yīng)合理利用資源和資金，降低道路建設(shè)和維護(hù)的成本。 同時(shí)，應(yīng)注重設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，避免不必要的浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)。

2.3 影響因素

線(xiàn)形設(shè)計(jì)受到多種因素的影響，包括地形、地質(zhì)、環(huán)境、氣象等自然因素，以及交通量、車(chē)輛類(lèi)型、道路等級(jí)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮這些因素，進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足使用要求和安全性能。 同時(shí)，線(xiàn)形設(shè)計(jì)還需考慮施工難度、工程造價(jià)等因素，力求實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)。

1）地形條件。 地形是線(xiàn)形設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，不同的地形需求不同的線(xiàn)形設(shè)計(jì)。 平原地區(qū)由于地勢(shì)平坦，視野開(kāi)闊，適宜進(jìn)行大半徑的曲線(xiàn)設(shè)計(jì)，并且直線(xiàn)段較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮設(shè)置較高的時(shí)速限制，提高道路通行效率；山區(qū)或丘陵地帶由于地形起伏較大，存在較多的障礙物，需要繞行或采取特殊的線(xiàn)形設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮爬坡車(chē)道、隧道、橋梁等結(jié)構(gòu)物的設(shè)置，以及陡峭縱坡的控制。

2）交通條件。包括交通量、車(chē)輛類(lèi)型和道路等級(jí)等。其中，交通量的大小直接決定了道路的通行能力和線(xiàn)形設(shè)計(jì)等級(jí)，在線(xiàn)形設(shè)計(jì)時(shí)，需滿(mǎn)足不同交通量的行車(chē)需求，如設(shè)置合適的車(chē)道數(shù)、 交叉口設(shè)計(jì)等； 不同類(lèi)型和大小的車(chē)輛對(duì)道路的寬度、坡度、轉(zhuǎn)彎半徑等要求不同，在線(xiàn)形設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮大型車(chē)和小型車(chē)混合行駛的情況，提供適應(yīng)各類(lèi)車(chē)輛的線(xiàn)形設(shè)計(jì)；不同等級(jí)的道路具有不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求， 高速公路通常要求全封閉、全立交，具有較高的標(biāo)準(zhǔn)和安全性能要求。

3 平面線(xiàn)形設(shè)計(jì)

高速公路平面線(xiàn)形設(shè)計(jì)是高速公路設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，它直接影響著道路的安全性、舒適性和通行效率。 需全面考慮地形、地質(zhì)條件，確保線(xiàn)形與地形相適應(yīng)，減少大填大挖，保證道路的穩(wěn)定性，同時(shí)，需合理運(yùn)用平曲線(xiàn)、豎曲線(xiàn)等線(xiàn)形要素，確保車(chē)輛行駛軌跡的連續(xù)性和協(xié)調(diào)性，避免急彎、陡坡等不利情況[3]。 JTG D20—2017《公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》已對(duì)高速公路平面設(shè)計(jì)做出相關(guān)技術(shù)要求，但在具體設(shè)計(jì)時(shí)，還需注意以下內(nèi)容。

1）平曲線(xiàn)和直線(xiàn)的組合應(yīng)合理，確保地形條件和線(xiàn)位盡可能相協(xié)調(diào)。 對(duì)于部分特殊地區(qū)，為避免占用農(nóng)田，減小里程，可根據(jù)實(shí)際情況采取一定距離的長(zhǎng)直線(xiàn)線(xiàn)型；但一般情況下，應(yīng)控制直線(xiàn)長(zhǎng)度小于20 倍設(shè)計(jì)速度。 平曲線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)合理搭配組合平曲線(xiàn)和直線(xiàn)的方式避開(kāi)重要區(qū)域， 以貫徹環(huán)保節(jié)約理念。

2）若現(xiàn)場(chǎng)條件允許，平曲線(xiàn)的圓曲線(xiàn)半徑應(yīng)盡可能采用較大值；若現(xiàn)場(chǎng)地形條件受限，應(yīng)設(shè)置2%～4%的路面超高；若遇到條件惡劣地區(qū)，應(yīng)謹(jǐn)慎采用圓曲線(xiàn)最小半徑一般值，并協(xié)調(diào)好前后線(xiàn)形的關(guān)系，確保平縱面線(xiàn)形組合合理可靠[4]。

3）應(yīng)盡可能以緩和曲線(xiàn)形式設(shè)計(jì)回旋線(xiàn)，且在確定緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度時(shí)綜合考慮超高漸變的影響， 假定A 與B 分別表示緩和曲線(xiàn)的長(zhǎng)和與之相連接的圓曲線(xiàn)半徑， 則A 與B 的關(guān)系應(yīng)該滿(mǎn)足B/3＜A＜B，確保各項(xiàng)指標(biāo)具備一定的協(xié)調(diào)性。 若在設(shè)計(jì)時(shí)需采用S 形曲線(xiàn)， 則與圓曲線(xiàn)相連的兩段緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度應(yīng)盡可能保持一致， 若受限于現(xiàn)場(chǎng)條件難以確保兩者相等時(shí)，需滿(mǎn)足規(guī)范建議的比例要求。

4）對(duì)于位于隧道洞內(nèi)外3 s 行程長(zhǎng)度范圍內(nèi)的路線(xiàn)，在平面線(xiàn)形設(shè)計(jì)時(shí)所采用的圓曲線(xiàn)或直線(xiàn)應(yīng)盡可能保持一致；若受限于現(xiàn)場(chǎng)條件而難以保持一致， 則所用豎曲線(xiàn)和平曲線(xiàn)半徑應(yīng)盡可能大， 并以較緩坡度進(jìn)行過(guò)渡， 以確保視距滿(mǎn)足要求，并輔以相應(yīng)安全措施。

此外，對(duì)高速公路行車(chē)安全而言，平曲線(xiàn)偏角也是重要影響因素之一。從相關(guān)研究可知，平曲線(xiàn)偏角宜設(shè)計(jì)為15°～25°。在20°的平曲線(xiàn)偏角下，前方路線(xiàn)可清晰地在駕駛員視距范圍內(nèi)，此時(shí)行車(chē)安全系數(shù)較高。 若在較大的平曲線(xiàn)角下，駕駛員的視野受限，部分視野脫離清晰視野范圍，此時(shí)駕駛員視野受限，事故率較高，設(shè)計(jì)時(shí)需設(shè)置線(xiàn)形誘導(dǎo)設(shè)施。 平曲線(xiàn)偏角應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件考慮，不可過(guò)大或過(guò)小。 一般宜采用20°以下的偏角，并且偏較小時(shí)應(yīng)驗(yàn)算平曲線(xiàn)長(zhǎng)度。

4 縱斷面設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)高速公路縱斷面時(shí)， 需先考慮地形與地質(zhì)條件，再考慮土石方和路基填挖方量等， 并兼顧橋隧等其他設(shè)施的工程量，使縱斷面設(shè)計(jì)連續(xù)且均勻。 在具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下內(nèi)容。

1）一般情況下，縱斷面坡度應(yīng)小于或等于4%，且需綜合考慮地形條件合理設(shè)計(jì)坡長(zhǎng)及坡率，盡可能減小工程規(guī)模。

2）對(duì)于連續(xù)上下坡段，應(yīng)盡可能避免使用最大坡度值，若所設(shè)計(jì)縱坡坡長(zhǎng)達(dá)到限制長(zhǎng)度， 應(yīng)相應(yīng)設(shè)置2.5%以?xún)?nèi)的坡度，且長(zhǎng)度大于規(guī)范推薦最小坡長(zhǎng)。 對(duì)于連續(xù)下坡段，還需避免出現(xiàn)坡底連接小半徑平曲線(xiàn)的線(xiàn)形組合[5]。

3）進(jìn)行高速公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能采用較緩的坡度。其中，小橋涵有較好的縱坡適應(yīng)性，中橋等則應(yīng)控制縱坡小于4%，若現(xiàn)場(chǎng)條件允許，建議將縱坡坡度限值確定為3.5%；應(yīng)盡可能避免在凹曲線(xiàn)上設(shè)置橋梁。

4）對(duì)于隧道而言，其出入端口3 s 行程內(nèi)的縱面線(xiàn)形應(yīng)盡可能保持一致，若在隧道洞口處設(shè)有豎曲線(xiàn)，則所設(shè)計(jì)的豎曲線(xiàn)半徑應(yīng)盡可能使用較大值，以起到增加視距長(zhǎng)度的效果。 隧道內(nèi)縱坡適宜采用單向坡，當(dāng)隧道長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)為人字坡以便于排水和通風(fēng)。

其中， 連續(xù)長(zhǎng)大縱坡的設(shè)計(jì)對(duì)高速公路行車(chē)安全影響較大。 對(duì)于長(zhǎng)大縱坡上坡段，一般僅需將爬坡車(chē)道設(shè)置在容許低速超出運(yùn)行速度的路段， 以避免重型車(chē)低速行駛影響道路服務(wù)質(zhì)量即可。 但對(duì)于長(zhǎng)大縱坡下坡段，因行駛車(chē)輛制動(dòng)較為頻繁，容易出現(xiàn)制動(dòng)器高溫失靈影響行車(chē)安全的情況。 因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需尤為注意以下幾點(diǎn)：

1）線(xiàn)形設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格把關(guān)坡長(zhǎng)及縱坡度，將長(zhǎng)大縱坡段運(yùn)營(yíng)安全作為重要因素考慮；

2）避免最大縱坡值連續(xù)且集中出現(xiàn)，避免車(chē)輛在短期內(nèi)多次使用車(chē)輛制動(dòng)器；應(yīng)盡量控制路段平均縱坡接近縱坡值，以利于車(chē)輛通過(guò)檔位對(duì)速度進(jìn)行控制；

3）若路線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)長(zhǎng)直線(xiàn)，或從大平面曲線(xiàn)劇烈過(guò)渡到小平面曲線(xiàn)的路段，若駕駛員前期未對(duì)行駛速度加以控制，將導(dǎo)致線(xiàn)形指標(biāo)減小時(shí)駕駛員需通過(guò)緊急制動(dòng)控制車(chē)速。 因此，為避免出現(xiàn)此現(xiàn)象，在線(xiàn)形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保各項(xiàng)指標(biāo)盡可能均衡。

5 平縱面線(xiàn)形組合

合理的平縱面組合能夠確保線(xiàn)形流暢、視線(xiàn)連續(xù)，為駕駛者提供清晰的行車(chē)指引， 同時(shí)減少不必要的工程量和建設(shè)成本。 因此，重視并優(yōu)化平縱面組合設(shè)計(jì)對(duì)于提升高速公路的整體質(zhì)量和效益至關(guān)重要。

平、豎曲線(xiàn)的布置需保持相對(duì)應(yīng)，且豎曲線(xiàn)應(yīng)比平曲線(xiàn)短（即“平包豎”），圓曲線(xiàn)應(yīng)比豎曲線(xiàn)短（產(chǎn)生“豎包圓”的效果）[6]。若圓曲線(xiàn)及豎曲線(xiàn)半徑分別在2 000 m 和15 000 m 以下，則應(yīng)嚴(yán)格控制好平縱組合， 若平曲線(xiàn)及豎曲線(xiàn)半徑分別在6 000 m 和25 000 m 以上，考慮到有較好的視覺(jué)效果，可相應(yīng)放松平、豎曲線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 此外，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，還需重視以下兩點(diǎn)內(nèi)容：一是技術(shù)指標(biāo)均衡：平縱面線(xiàn)形組合應(yīng)保持技術(shù)指標(biāo)大小均衡，避免出現(xiàn)線(xiàn)形扭曲、突變或隔斷等不良現(xiàn)象。同時(shí)，應(yīng)合理選擇合成坡度，以滿(mǎn)足路面排水和行車(chē)安全的需求；二是線(xiàn)形流暢性。 在平縱面線(xiàn)形組合設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎、斷背曲線(xiàn)等不良組合，保持線(xiàn)形的連續(xù)性和流暢性。同時(shí)，應(yīng)避免長(zhǎng)直線(xiàn)與陡坡或半徑小且長(zhǎng)度短的豎曲線(xiàn)組合，以及短平曲線(xiàn)與短豎曲線(xiàn)組合等不良情況。

6 結(jié)語(yǔ)

高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)是高速公路建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)， 它直接關(guān)系到道路的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。 通過(guò)科學(xué)合理的線(xiàn)形設(shè)計(jì)，可以充分利用地形、降低工程造價(jià)、提高道路通行效率，同時(shí)為駕駛員提供安全、舒適、美觀的行車(chē)環(huán)境。 在高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)中， 需要綜合考慮多種因素， 包括道路的使用功能、地形地質(zhì)條件。 本文從高速公路平曲線(xiàn)、豎曲線(xiàn)和平縱線(xiàn)形組合設(shè)計(jì)出發(fā)，詳細(xì)探討了高速公路線(xiàn)形設(shè)計(jì)要點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)線(xiàn)形的連續(xù)性、流暢性和協(xié)調(diào)性。